小滦河谷地土壤侵蚀速率的定量测算

摘要：野外调查和地貌学、生物学分析表明，发生水土流失的坡面上生长的独树或树丛定点记录了坡面水土流失的全过程，可以作为定量测算坡面侵蚀速率的标志。因坡面侵蚀而悬空的树干基部高出当前地面的垂直距离，即为其生长期间坡面侵蚀的厚度；而树木的年轮记录提供了时间尺度。据此，测算出河北省承德市小滦河谷地无成片森林覆盖的亚黏土坡面，在１６８１～２０１0年期间的平均侵蚀速率为２．１ ｍｍ／ａ；而有冲沟发育的风沙土坡面，在１９６１～２０１0年期间的平均侵蚀速率达２４.0 ｍｍ／ａ。

关键词：坡面侵蚀速率；水土流失；土壤侵蚀；小滦河谷地

中图分类号：Ｐ５５１；Ｓ１５７．１；Ｓ７１４．７（２２２） 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）14－2964-04

Quantitative Estimation of Soil Erosion Rate in Xiaoluanhe River Valley

ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｙｕｎ１，ＣＡＩ Ｚｈａｎ１，ＬＩ Ｑｉｎｇ－ｃｈｅｎ１，ＬＩＵ Ｐｉｎｇ－ｙｕ２

（１． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｈｅｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１１，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｐｒｅｓｃｈｏｏｌ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０２２８， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｇｒｏｖｅ ｏｒ ｔｒｅｅ ａｌｏｎｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ ｓｌｏｐｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ． Ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐｅｎｄｉｎｇ ｔｒｕｎｋ ｂａｓｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ． Ａｎｄ ｔｒｅｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒｉｎｇ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｔｉｍｅ ｓｃａｌｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ， ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｎ ｃｌａｙ ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｏｒｅｓｔ ｃｏｖｅｒ ｉｎ Ｘｉａｏｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ vａｌｌｅｙ， Ｃｈｅｎｇｄｅ ｃｉｔｙ， Ｈｅｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｉｎ １６８１～２０１0 ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｓ ２．１ ｍｍ／ａ； ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｎｄ ｃｌａｙ ｓｌｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｒｏｍ ｇａｌｌｙ， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｎ １９６１～２０１0 ｗａｓ ２４ ｍｍ／ａ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ； ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｌｏｓｓ； ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ； Ｘｉａｏｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｖａｌｌｅｙ

坡面侵蚀是流域水土流失的主要形式，由此产生的地表泥沙和养分流失除了造成土壤贫瘠和石漠化外，还引起下游河道的淤塞和水库淤积，因而是当今人类面临的一种最普遍、持续性最强的地质灾害，被称为“蠕动的灾难”，已成为中国乃至全球所面临的重大环境问题，因而受到地质、地貌、土壤学界的高度重视，并引起农业、水利、环保部门的密切关注，所以开展了多方面的深入研究［１－３］。但是，由于坡面侵蚀包括难以捕捉和适时观测的重力崩塌、滑坡、泥石流等突发过程与积少成多、不便记录的雨滴溅蚀［４］、雨水冲刷、冻融蠕动、雪蚀、风蚀、溶蚀及生物作用等缓慢渐进过程，而且受到土地利用方式、植被类型与盖度等多重因素的影响［５，６］，所以长期以来国内外主要是借助基于数理统计和过程模拟并涉及多因子的经验模型、理论模型和随机模型对其进行研究［７］，探索土壤侵蚀速率。但由于国外模型主要是基于坡度小于１５°的缓坡耕地和在大西洋、地中海气候条件下建立的［５，８－１１］，不适合以２５°左右陡坡侵蚀为主、地处东亚季风气候区、雨热同期且多暴雨、沙随水行［１２］的中国国情。国内的有关研究主要集中在黄土高原、云贵高原等地区［６，１３－１７］，并引进了磁化率、同位素检测参数指标等辅助手段，也获得了一些成熟模式和较为系统的观测、试验数据［１４－１６，１８，１９］。但这些模式的建立多数基于某一试验区的设定条件［４，２０，２１］，而且模型选取参数或因子的数量及所占比重（或权重）也因研究者所从事的学科或领域不同而差别较大，所以多数模型难以全面、准确地模拟自然状态下流域坡面土壤侵蚀的客观过程；即便是经过检验，适合当地情况或符合某地客观实际的模型也多数移植困难，会因自然条件的差异而在别的地区“水土不服”，难以应用［２２］。一些基于河流水体Ｎ、Ｐ、Ｋ等养分观测数据的水土流失模型，仅利用了信息量的２％（即溶解状态的养分流失量不到养分流失总量的２％）［２３］，而多数水文站（点）的河流泥沙数据仅有悬移质含量，缺少推移质和跳跃组分的含量［２４］，而用截留坑拦截的推移质泥沙也只有原投放量的６３％［５］，所以其所得结果也偏移较大。近年的人工降雨试验模型表明，降雨造成的坡面土壤侵蚀主要发生在地表细沟形成阶段以后［１９，２０］，但在自然状态下，细沟开始出现时的原始坡面已侵蚀殆尽。因此，基于人工降雨试验模型的坡面侵蚀过程在自然界无法标定原点，也难以据此推算坡面土壤侵蚀速率。

不过，尽管影响坡面侵蚀的因子众多，且在不同地区各有消长，坡面侵蚀形成的水土流失过程也极其复杂［５］、充满变数，但其最终形成的侵蚀结果却是十分明显和确定的。它们在地貌上留下了清晰的形态特征和空间尺度（如冲沟等），可供后来者进行测量和计算，而标定这种侵蚀形态发育过程的起始原点，确定过程的持续时间段即时间刻度，则成为了流域坡面侵蚀速率研究的关键。基于这一认识，我们试图借助坡面上残存的树木作为其生长期间坡面侵蚀的原点标志和时间刻度，来定量分析和计算坡面水土流失的数量，以期获得流域坡面侵蚀速率的定量数据。